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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen HF-Widerstand, insbesondere
einen HF-Abschlusswiderstand,
mit einer planaren Schichtstruktur, die auf einem Substrat eine
Widerstandsschicht zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, eine
Eingangsleiterbahn zum Zuführen
von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektrischen Verbinden
mit einem Massekontakt aufweist, wobei die Eingangsleiterbahn mit
einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist,
die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden
zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist und
die Widerstandsschicht zwischen dem ersten Ende und dem zweiten
Ende in Richtung senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung der HF-Energie auf der Widerstandsschicht
sowie senkrecht zu einer Normalen zur planaren Schichtstruktur durch
seitliche Flächen
begrenzt ist, wobei die Widerstandsschicht zum Abgleich des Wellenwiderstandes
auf einen vorbestimmten Wert wenigstens einen, den Querschnitt der
Widerstandsschicht wenigstens teilweise verengenden Einschnitt aufweist,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Um
den HF-Widerstand breitbandig zu gestalten, wird die Struktur der
Widerstandsschicht an die hochfrequenzrelevanten Umgebungsbedingungen
angepasst. Zum Abgleich von HF-Abschlusswiderständen der o.g. Art ist es bekannt, am
Rand der Widerstandsschicht durch Einschnitt einen flächenhaften
Bereich elektrisch zu deaktivieren oder tiefe Einschnitte in den
Querschnitt der Struktur auszubilden. Hierbei ergibt sich jedoch
das Problem, dass im Bereich der Einschnitte lokal hohe Stromdichten
entstehen, die zu hohen Temperaturen in der Widerstandsschicht führen. Dies
hat zu Folge, dass der HF-Widerstand nur noch schmalbandiger eingesetzt werden
kann oder ggf. als unbrauchbar als Ausschuss der Produktion aussortiert
werden muss.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen HF-Widerstand der o.g.
Art derart zu verbessern, dass bei höchstmöglicher Ausbeute des Fertigungsprozesses
und Beibehaltung bester HF-Eigenschaften, unter Anwendung erhöhter Verlustleistung,
die Wärme
auf der Widerstandsschicht durch den Abgleich des Wellenwiderstandes
optimal verteilt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
HF-Widerstand der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei
einem HF-Widerstand der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Einschnitt von den seitlichen Flächen der Widerstandsschicht beabstandet
ausgebildet ist.
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Dies
hat den Vorteil, dass auch im Bereich des Einschnittes eine günstige Wärmeverteilung
erzielt wird, die heiße
Stellen durch erhöhte
Stromdichte vermeidet.
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Zweckmäßigerweise
ist der Einschnitt derart ausgebildet, dass dieser den Querschnitt
der Widerstandsschicht in Richtung der Normalen zur planaren Schichtstruktur
vollständig
unterbricht. Dadurch ist ein Bereich der Widerstandsschicht in Richtung
der Ausbreitungsrichtung der HF-Energie hinter dem Einschnitt vollständig deaktiviert
und trägt
nicht mehr zu Stromleitung von der Eingangsleiterbahn am ersten Ende
der Widerstandsschicht zur Masseanschlussleiterbahn am zweiten Ende
der Widerstandsschicht bei, wodurch der elektronische, ohmsche Widerstand (Flächenwiderstand) über die
gesamte Widerstandsschicht entsprechend verändert ist.
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Dadurch,
dass der Einschnitt in der Ebene der Widerstandsschicht U-förmig mit
zwei Schenkeln und einer die Schenkel verbindenden Basis und mit einer
offenen Seite des U-förmigen
Einschnittes dem zweiten Ende der Widerstandsschicht zugewandt ausgebildet
ist, wobei die Schenkel des U-förmigen Einschnittes
wesentlich länger
ausgebildet sind als die Basis des U-förmigen Einschnittes, wird eine Stromdichte
auf der Widerstandsschicht gleichmäßig über eine Länge der Widerstandsschicht
in Ausbreitungsrichtung der HF-Energie verteilt und dadurch eine
Wänneentwicklung
auf der Widerstandsschicht im Bereich des Einschnittes auf eine
größere Fläche verteilt.
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Zum
besonders feinen Einstellen des Flächenwiderstandes ist an freien,
der Basis abgewandten Enden der Schenkel des U-förmigen Einschnittes jeweils
eine Verlängerung
des Einschnittes ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind diese Verlängerungen symmetrisch
zueinander ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Einschnitt mittig zwischen den seitlichen Flächen der
Widerstandsschicht angeordnet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in:
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1 eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen HF-Widerstandes
in Aufsicht,
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2 eine
graphische Darstellung der Anpassung des Wellenwiderstandes über die
Frequenz für
den HF-Widerstand gemäß 1 ohne
Abgleich mittels eines Einschnittes,
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3 eine
graphische Darstellung der Anpassung des Wellenwiderstandes über die
Frequenz für
den HF-Widerstand gemäß 1 mit
Abgleich mittels des erfindungsgemäßen Einschnittes,
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4 eine
alternative Ausführungsform
eines HF-Widerstandes ohne Abgleich mittels des erfindungsgemäßen Einschnittes
in Aufsicht,
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5 den
HF-Widerstand gemäß 4 mit Abgleich
mittels des erfindungsgemäßen Einschnittes
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
in Aufsicht und
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6 den
HF-Widerstand gemäß 4 mit Abgleich
mittels des efindungsgemäßen Einschnittes gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform in
Aufsicht.
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Die
aus 1 ersichtliche, bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen HF-Abschlusswiderstands
umfasst eine Widerstandsschicht 10, eine Eingangsleiterbahn 12 und
eine Masseanschussleiterbahn 14. Die Widerstandsschicht 10,
die Eingangsleiterbahn 12 und die Masseanschussleiterbahn 14 sind
als jeweilige Schichten auf einem Substrat 16 ausgebildet
und bilden eine planare Schichtstruktur. Die Eingangsleiterbahn 12 ist
mit einem ersten Ende 18 der Widerstandsschicht 10 elektrisch
verbunden und die Masseanschussleiterbahn 14 mit einem
dem ersten Ende 18 gegenüberliegenden zweiten Ende 20 der
Widerstandsschicht 10 elektrisch verbunden. Die Widerstandsschicht 10 dient
zum Umwandeln von HF-Energie in Wärme, die Eingangsleiterbahn 12 dient
zum Zuführen
von HF-Energie und die Masseanschussleiterbahn 14 dient
zum elektrischen Verbinden mit einem Massekontakt (nicht dargestellt).
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Die
Widerstandsschicht 10 ist zwischen dem ersten Ende 18 und
dem zweiten Ende 20 in Richtung senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung 22 der HF-Energie
auf der Widerstandsschicht 10 sowie senkrecht zu einer
Normalen 24 zur planaren Schichtstruktur durch seitliche
Flächen 26 begrenzt. Erfindungsgemäß ist zum Abgleich
des Wellenwiderstandes auf einen vorbestimmten Wert auf der Widerstandsschicht 10 ein
den Querschnitt der Widerstandsschicht wenigstens teilweise verengender, U-förmiger Einschnitt 28 ausgebildet,
der mittig zwischen den seitlichen Flächen 26 derart angeordnet ist,
dass ein offenes Ende 30 des U-förmigen
Einschnitts 28 dem zweiten Ende 20 der Widerstandsschicht 10 zugewandt
ist. Der U-förmige
Einschnitt 28 ist mit zwei parallelen Schenkeln 32 und
eine die Schenkel 32 miteinander verbindenden Basis 34 ausgebildet,
wobei sich die Schenkel 32 parallel zur Ausbreitungsrichtung 22 der
HF-Energie auf der Widerstandsschicht 10 erstrecken und
wesentlich länger
ausgebildet sind als die Basis 34. Hierdurch ergibt sich
eine relativ große,
elektrisch deaktivierter Bereich zwischen den Schenkeln 32,
wobei gleichzeitig der elektrisch wirksame Querschnitt im Bereich des
Einschnittes 28 relativ groß bleibt. Dadurch verteilt
sich die Stromdichte über
eine großen
Querschnittsbereich und lokal eng begrenzte Stellen mit hoher Stromdicht
sind vermieden. Dies verteilt die sich ergebende Wärmeenergie
auf einen größeren Bereich,
so dass lokal eng begrenzte Stellen mit hoher Temperatur vermieden
sind.
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Um
den erfindungsgemäßen HF-Widerstand breitbandig
zu gestalten, ist also die Struktur der Widerstandsschicht an die
hochfrequenzrelevanten Umgebungsbedingungen angepasst, wobei erfindungsgemäß der Abgleich
in Längsrichtung
in der Strukturmitte an einer für
die Wärmeverteilung
günstigen
Stelle vorgenommen wird und gleichzeitig der Einfluss zum Abgleich
auf bestmögliche
Anpasswerte gewahrt ist. Wo bei der herkömmlichen Methode des Abgleichs
des Wellenwiderstands heiße
Stellen durch eine erhöhte
Stromdichte auftreten, wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Einschnitt 28 die Stromdichte gleichmäßig über die Länge der Widerstandsstruktur 10 in
Ausbreitungsrichtung 22 der HF-Energie verteilt. Die stromdurchflossene
Widerstandsfläche
ist wesentlich breiter.
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2 und 3 veranschaulichen
die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Einschnittes 28 auf
den Wellenwiderstand der Widerstandsschicht 10. Die Werte
in den 2 und 3 sind aus Simulationen ermittelt.
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Die 4 bis 6 zeigen
experimentell bestimmte Temperaturwerte an verschiedenen Stellen der
Widerstandsstruktur 10 ohne Abgleich (4), mit
Abgleich mittels einer ersten Ausführungsform des Einschnitts 28 (5)
und mit Abgleich mittels einer zweiten Ausführungsform des Einschnitts 28 (6).
Bei der ersten Ausführungsform
des Einschnitts 28 gemäß 5 ist
dieser rein U-förmig
mit Schenkeln 32 und Basis 34 ausgebildet. Bei
der zweiten Ausführungsform
des Einschnitts 28 gemäß 6 ist
dieser wie bei 5 U-förmig ausgebildet und weist
zusätzlich
an freien Enden der Schenkel 32 sich senkrecht zu diesen
erstreckende Erweiterungen 36 des Einschnittes 28 auf,
so dass diese Erweiterungen 36 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 22 der
HF-Energie stehen und eine zusätzliche
Fläche der
Widerstandsstruktur 10 gegen Stromfluss abschatten, d.h.
diese zusätzliche
Fläche
elektrisch deaktivieren, so dass diese zusätzliche Fläche nicht am Stromfluss vom
ersten Ende 18 zum zweiten Ende 20 teilnimmt.
Hierdurch wird zusätzlich
auf den elektrischen, ohmschen Widerstand (Flächenwiderstand) der Widerstandsschicht 10 Einfluss
genommen.
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Man
sieht deutlich die Tendenz der Temperaturverteilung auf der Widerstandsschicht
in Abhängigkeit
des gewählten
Abgleichschlitzes. Der Abgleich mit dem erfindungsgemäßen Einschnitt 28 ist technologisch
sehr einfach zu realisieren und bewirkt homogene Temperaturverteilung
auch bzw. gerade bei sehr großen
Abgleichschlitzen. Im Gegensatz zu extremen Einschnitten (I-Schnitt),
wie im Stand der Technik üblich,
wird mit dem erfindungsgemäßen Einschnitt 28 die
Temperatur bei großem
Abgleich durch die gleichmäßige Verteilung
sogar gesenkt. Aufgrund der hohen Verlustleistungen ergeben sich im
Vergleich zur Wellenlänge
maßlich
große
Widerstandsstrukturen. Um dennoch sehr gute Anpassungen der Load
zu erzielen, wird die Widerstandsstruktur 10 auf dem Substrat 16,
insbesondere die der Widerstandsfläche in Längsrichtung 22, durch
eine sich ändernde
Strukturbreite, angepasst. Die Möglichkeit den
Einschnitt 28 für
den Abgleich relativ lang zu gestalten, wirkt sich ebenfalls positiv
auf den Reflexionsfaktor aus. Insgesamt werden folgende Vorteile erzielt:
Konstante Wärmeverteilung
(keine hot Spot's),
Gewährleistung
sehr guter Reflexionsfaktoren über
gesamte Bandbreite und Kostensenkung durch hohe Ausbeute der Fertigung.
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Die
günstigen
Eigenschaften der neuen Abgleichmethode wirken sich direkt auf den
Einsatz eines Widerstandssubstrates aus. Entsprechend des praktischen
Einsatzes müssen
Randbedingungen eingehalten werden. Dies könnten z.B. maximale Temperaturbelastungen
von Lötstellen
oder maximal zulässige
Temperaturverträglichkeiten
von Widerstandsschichten sein. Die Erfindung ist aufgrund der vorteilhaften
Eigenschaften besonders für
die Fertigung von HF-Widerständen in
großen
Stückzahlen (Massenfertigung,
Fließbandfertigung)
geeignet.
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Ein
Verfahren zum Abgleichen des Wellenwiderstandes eines HF-Widerstands,
insbesondere eines HF-Abschlusswiderstands, mit einer planaren Schichtstruktur,
die auf einem Substrat eine Widerstandsschicht zum Umwandeln von
HF-Energie in Wärme,
eine Eingangsleiterbahn zum Zuführen
von HF-Energie und eine Masseanschussleiterbahn zum elektrischen
Verbinden mit einem Massekontakt aufweist, wobei die Eingangsleiterbahn
mit einem ersten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist,
die Masseanschussleiterbahn mit einem dem ersten Ende gegenüberliegenden
zweiten Ende der Widerstandsschicht elektrisch verbunden ist und
die Widerstandsschicht zwischen dem ersten Ende und dem zweiten
Ende in Richtung senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung der HF-Energie auf der Widerstandsschicht
sowie senkrecht zu einer Normalen zur planaren Schichtstruktur durch
seitliche Flächen
begrenzt ist, wobei zum Abgleich des Wellenwiderstandes auf einen
vorbestimmten Wert wenigstens ein, den Querschnitt der Widerstandsschicht
wenigstens teilweise verengender Einschnitt auf der Widerstandsschicht
ausgebildet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einschnitt
beabstandet von den seitlichen Flächen der Widerstandsschicht
ausgebildet wird.
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Dies
hat den Vorteil, dass auch im Bereich des Einschnittes eine günstige Wärmeverteilung
erzielt wird, die heiße
Stellen durch erhöhte
Stromdichte vermeidet.
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Zweckmäßigerweise
wird bei einem Verfahren der vorgenannten Art der Einschnitt derart
ausgebildet, dass dieser den Querschnitt der Widerstandsschicht
in Richtung der Normalen zur planaren Schichtstruktur vollständig unterbricht.
Dadurch ist ein Bereich der Widerstandsschicht in Richtung der Ausbreitungsrichtung
der HF-Energie hinter
dem Einschnitt vollständig
deaktiviert und trägt
nicht mehr zu Stromleitung von der Eingangsleiterbahn am ersten Ende
der Widerstandsschicht zur Masseanschlussleiterbahn am zweiten Ende
der Widerstandsschicht bei, wodurch der Flächenwiderstand über die
gesamte Widerstandsschicht entsprechend verändert ist.
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Dadurch,
dass bei einem Verfahren der vorgenannten Art der Einschnitt in
der Ebene der Widerstandsschicht U-förmig mit zwei Schenkeln und
einer die Schenkel verbindenden Basis und mit einer offenen Seite
des U-förmigen
Einschnittes dem zweiten Ende der Widerstandsschicht zugewandt ausgebildet wird,
wobei die Schenkel des U-förmigen
Einschnittes wesentlich länger
ausgebildet werden als die Basis des U-förmigen Einschnittes, wird eine
Stromdichte auf der Widerstandsschicht gleichmäßig über eine Länge der Widerstandsschicht
in Ausbreitungsrichtung der HF-Energie verteilt und dadurch eine
Wärmeentwicklung
auf der Widerstandsschicht im Bereich des Einschnittes auf eine
größere Fläche verteilt.
-
Zum
besonders feinen Einstellen des Wellenwiderstandes wird bei einem
Verfahren der vorgenannten Art an freien, der Basis abgewandten
Enden der Schenkel des U-förmigen Einschnittes
jeweils eine Verlängerung
des Einschnittes ausgebildet. Zweckmäßigerweise werden diese Verlängerungen symmetrisch
zueinander ausgebildet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des vorgenannten Verfahrens wird der Einschnitt mittig zwischen
den seitlichen Flächen
der Widerstandsschicht ausgebildet.